Trấn Hải thành là một công trình quân sự quan trọng đối với triều đình nhà Nguyễn. Nó vừa là pháo đài trấn ải vùng biển kinh thành, vừa là nơi nhà vua theo dõi các cuộc tập trận của thủy binh. Từ vị trí Quan Hải lâu có thể quan sát tàu bè qua lại ngoài khơi, ra vào cửa khẩu với một góc rộng và bán kính khá xa. Các vua Nguyễn thường về Trấn Hải thành ngồi trên lầu Quan Hải để duyệt các cuộc tập trận của thủy quân.

Trong suốt các đời vua kế vị Thiệu Trị, Tự Đức, thành liên tục được tu sửa nhiều lần với quy mô lớn nhỏ khác nhau như xây kè, đóng cọc, đổ đá, gia cố móng, trồng thêm dừa chắn sóng và chống xói lở... để tăng cường sự kiên cố và khả năng phòng thủ. Thời Gia Long, thành chỉ có khoảng 150 binh sĩ đồn trú, nhưng đến thời Tự Đức, "số binh lính hùng mạnh đồn trú ở đó lên đến hơn mấy nghìn người".

Ngày 18 tháng 8 năm 1883, dưới thời vua Hiệp Hòa, thực dân Pháp với 7 tàu chiến và 1.050 quân đã tấn công vào thành Trấn Hải và các đồn bót chung quanh để uy hiếp triều đình Huế. Mặc dù chiến đấu kiên cường, nhưng trước sức mạnh vũ khí và trình độ và chiến thuật của quân Pháp, quan quân nhà Nguyễn trấn giữ Hải thành đã thất thủ sau 3 ngày 3 đêm chiến đấu. Trấn Hải thành hoàn toàn thất thủ vào ngày 20 tháng 8 năm 1883. Nhiều tướng lĩnh và quân sĩ đã anh dũng hy sinh trong trận chiến này, trong đó có Trần Thúc Nhẫn, Nguyễn Trung, Lê Chuẩn, Lâm Hoành...[1]

Sau khi chiếm được quyền cai trị Việt Nam, quân Pháp đã sử dụng Trấn Hải thành làm đồn binh trong một thời gian dài. Ngày 28 tháng 7 năm 1954, quân dân Việt Minh đã tập kích đồn binh Pháp tại Trấn Hải thành. Từ đó về sau, Trấn Hải thành hầu như bị bỏ hoang phế cho đến tận ngày nay.

Năm 1998, Trấn Hải thành đã được công nhận là Di tích Lịch sử - Văn hóa cấp quốc gia và ngay từ năm 1993, đã trở thành một bộ phận trong Quần thể di tích Cố đô Huế, Di sản Thế giới. Tuy nhiên, hầu như chưa có hoạt động bảo tồn cho khu phế tích này.[3] Nhiều công trình đang được dùng làm doanh trại đóng quân của Bộ đội biên phòng cửa khẩu Thuận An.[4]